EXOMARS
Simulierte Mars-Atmosphäre in Göttingen
Redaktion / Pressemitteilungen des DLR 
astronews.com
27. Oktober 2009

Schon seit Jahren plant die Europäische Weltraumagentur ESA ihre Mission ExoMars. Von ihr erhoffen sich die Forscher im kommenden Jahrzehnt auch Aufschluss darüber, ob sich einmal Leben auf dem Mars entwickeln konnte. Zur Vorbereitung dieser Mission wird beim DLR in Göttingen zurzeit ein Flug durch die Marsatmosphäre simuliert.

Im Hochenthalpiekanal beim DLR in Göttingen strömt das Kohlendioxid mit fast 16.000 Kilometern pro Stunde um ein Modell der Landekapsel. Dies simuliert die Flugsituation der Kapsel in der Marsatmophäre in 40 Kilometern Höhe über der Oberfläche. Bild: DLR

Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen untersuchen Forscher, welchen Einfluss die exotische Atmosphäre des Roten Planeten auf eine Landekapsel hat, die sie durchfliegt. "Die Mars-Atmosphäre ist völlig anders als die Luft der Erde", erklärt Dr. Klaus Hannemann, Leiter der Abteilung Raumfahrzeuge im DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Sie besteht zu 95 Prozent aus Kohlendioxid und ist sehr dünn.

Fliegt eine Landekapsel mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit durch die Marsatmosphäre, treten Effekte auf, die genau untersucht werden müssen. Bei den extrem hohen Temperaturen setzen chemische Reaktionen ein, die die Eigenschaften des Gases ändern: Das Kohlendioxid zerlegt sich in seine molekularen Bestandteile. "Dies kann die Druckverteilung auf der Kapsel beeinflussen und somit Auswirkungen auf das aerodynamische Verhalten haben", so Hannemann. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Untersuchungen ist die Bestimmung der extrem hohen Wärmelasten auf dem Hitzeschild der Kapsel.

Die Experimente im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA werden im Hochenthalpiekanal Göttingen durchgeführt, einer der wichtigsten europäischen Großanlagen zur Erforschung des Hyperschalls und Wiedereintritts von Raumfahrzeugen. In dem 62 Meter langen Windkanal verdichtet zunächst ein Kolben ein Treibgas wie in einer riesigen Luftpumpe. Nach dem Platzen einer Stahlmembran komprimiert und heizt eine starke Stoßwelle das Kohlendioxid, bevor es in einer Windkanaldüse auf 4,4 Kilometer pro Sekunde beschleunigt wird. Das entspricht fast 16.000 Kilometern pro Stunde. Dann strömt das Gas um ein Modell der Landekapsel.

Dieses Szenario simuliert die Flugsituation der Kapsel in der Marsatmophäre in 40 Kilometern Höhe über der Oberfläche. Hierbei entstehen in der Testanlage Temperaturen von 6.000 Grad Celsius – heißer als die Oberfläche der Sonne. "Bei der Beobachtung des Experiments nutzen wir ein Phänomen, das jeder kennt: Das Flimmern der Luft über einer heißen Straße im Sommer", erklärt Dr. Jan Martinez Schramm, der die Experimente leitet. Durch die Erwärmung ändert sich die Dichte der Luft - und damit die Art, in der das Licht gebrochen wird. Die Göttinger Wissenschaftler können aus dem "Flimmern" des Gases im Windkanal, den so genannten Schlieren, auf Dichteunterschiede schließen.

Dabei haben sie eine besonders kritische Stelle der Mars-Kapsel ausgemacht: Das Heck. "Dort kann es zum Strömungsabriss und sehr hohen Wärmelasten kommen", sagt Hannemann. Bei weiteren Versuchen wird ein Modell der Mars-Landekapsel an dünnen Fäden im Windkanal aufgehängt, um die wirkenden Kräfte zu bestimmen. Trifft dann das heiße Gas darauf, verbrennen die Fäden und das Modell schwebt für Sekundenbruchteile im freien Flug. Länger ist es auch nicht nötig, denn eine Messung im Hochenthalpiekanal dauert nur eine Millisekunde, also eine Tausendstel Sekunde.

Die Pläne für die ExoMars-Mission der ESA wurden kürzlich aktualisiert. Nach den jetzigen Planungen will die ESA in einer eigenständigen Mission im Jahr 2016 mit einer Landekapsel auf der Marsoberfläche landen und wissenschaftliche Experimente durchführen. Gleichzeitig soll ein Orbiter den Mars umkreisen, um die Kommunikation zur Erde sicherzustellen. Diesen wird auch die NASA nutzen. Im Jahr 2018 soll dann unter Führung der NASA ein europäischer Rover mit einem Bohrer zur Untersuchung des Bodens auf dem Mars abgesetzt werden.